---- 整理自狄泰软件唐佐林老师课程

1. 讨论

• 开发操作系统不能使用malloc()动态内存分配吗？
  • 不是不能，而是没有！malloc()作为系统函数需要实现才能有，目前的D.T.OS还没有实现
• 那么如何 实现malloc() 呢？
  • 动态内存管理的本质 是一个算法设计问题

2. 动态内存管理

• 根据需要分配内存和回收内存
  通常在一块较大且连续的内存空间上进行分配和回收
• 动态内存管理解决的问题
  内存资源稀缺，通过内存复用增加任务的并发性
• 动态内存管理的本质
  时间换空间，通过动态分配和回收 “扩大” 物理内存

2.1 动态内存管理的关键

• 时间效率
  从发出内存申请到获得内存的时间越短越好
• 空间效率
  为了管理内存而占用的内存越少越好
• 碎片化
  最大可分配内存占空闲内存总和的比例越大越好

2.2 动态内存管理的分类

• 定长内存管理
  将内存分为大小相同的单元，每次申请一个单元的内存
• 变长内存管理
  每次申请需要的内存（大小不固定，以字节为单位）

3. 定长内存管理的设计与实现

3.1 空间划分

将内存分为两部分：管理单元 & 分配单元

• 管理单元与分配单元一一对应

• 将管理单元组织成链表（定长内存管理链表）
• 管理内存时操作链表头

3.2 内存申请和归还

• 申请内存
  • 从链表头获取一个管理单元，并计算下标
  • 根据下标计算分配单元的内存起始地址
• 归还内存
  • 计算分配单元的下标，并将对应下标的管理单元插入链表

3.3 关键数据类型

• void FMemInit(byte* mem, uint size)
  • 初始化内存管理，从mem中构建管理单元和分配单元

• void* FMemAlloc()
  • 动态申请 一个内存单元，失败时返回NULL
• int FMemFree(void* ptr)
  • 归还申请的单元，成功时返回1，失败时返回0

【参看链接】：58-59-60 - 动态内存分配的实现 / 58

3.4 思考

• 定长内存管理能够满足开发需要吗？

4. 变长内存管理的设计与实现

4.1 空间划分

将内存分为三部分：管理头 & 已用区域 & 空闲区域

• 管理头：记录已用区域和空闲区域的位置
• 已用区域：已分配的内存区域（使用中）
• 空闲区域：可分配的内存区域（空闲）

4.2 内存申请和归还

管理结点构成管理链表：

• 申请内存
  • 初始时只有一个管理结点（used == 0，free == all）
  • 每次申请时从管理结点查找可用内存（alloc <= free）（alloc包含 管理头的内存 和 申请的内存）
  • 划分可用内存成为新的管理结点（used == size，free == 0）
  • 将管理结点组织成管理链表

• 归还内存
  • 遍历管理链表，找到对应的目标管理结点
  • 将目标管理结点从管理链表中移除
  • 目标管理结点所占用的内存归入前一个管理结点的空闲区域中（新管理结点是插入在管理链表中部）

4.3 关键数据类型&初始化

管理结点中的管理头：

• 初始化管理链表：
  
• void* VMemAlloc(uint size)
  动态申请size字节内存，失败时返回NULL
• int VMemFree(void* ptr)
  归还申请的内存单元，成功时返回1，失败返回0

4.4 编程实验：变长内存管理

【参看链接】：58-59-60 - 动态内存分配的实现 / 59

5. 问题

• void* Malloc(uint size) 函数如何具体实现？

5.1 D.T.OS中的策略

• 内存申请

• 内存归还

5.2 D.T.OS架构图

5.3 D.T.OS内存布局

5.4 编程实验：D.T.OS中的动态内存分配

【参看链接】：58-59-60 - 动态内存分配的实现 / 60

6. 扩展讨论

• 变长内存管理法从结点空闲区域的尾部划分内存，为什么？
• void* Malloc(uint size)函数的效率怎么样？
• 再回过头考虑：
  • 内存越界运行却没有错，为什么？
  • malloc(0)返回什么，是NULL吗？
  • free(NULL)为什么不会出问题？

7. 小结

• 动态内存管理是 在一块连续的内存空间上进行分配和回收
• 动态内存管理通常分为 定长管理法和变长管理法
  • 定长内存管理法高效但不灵活
  • 变长内存管理法灵活但不高效
• Malloc() / Free()结合使用定长管理法和变长管理法的优势，在效率和灵活性上达到了平衡